スタンドアローンで（も）動く電子ペーパーカレンダー&時計

Raspberry Pi Pico + ePaper で動作するカレンダー/時計を作成する。

以前の記事「SDRで受信した短波FAXを電子ペーパーに表示」では、Raspberry Piから電子ペーパー用に変換した画像を送っていたが、この方法だと2台用意して、どちらも面倒を見なければいけない。また、Pico側のIPアドレスを把握しておく必要がある。

このため、単独で完結するコンテンツとしてカレンダーや時計を表示することを考える。将来的には、電子ペーパー側からローカルサーバーないしインターネット上に用意された画像データを取得して表示させることも計画している。今回は単独で動作する部分について記述する。

NTPによる時刻合わせ
- このため、時刻の正確さを保つためにWi-Fi接続が必要。接続方法は過去の記事「今どきのESP32（ファームウェアv1.23.0）でのWi-Fi接続設定」
タイマーによる定期的な実行
電子ペーパー用API
フォント：https://github.com/Tamakichi/pico_MicroPython_Multifont
（micropythonのframebufferでは 8x8 pxの文字しかサポートされていないが、もっと大きい文字を表示するため）

現在の日付をもとにカレンダーを描画
現在の時刻をもとに時計を描画
文字の拡大表示

Raspberry Pi Pico W
800×480, 7.5inch E-Ink display HAT for Raspberry Pi

ハードウェアの準備は以前の記事と同じ


text.py
from mfont import mfont
def put_text(fb,x,y,char,color=0x00,expand=1):
    mf = mfont(24) # 24px only currently
    mf.begin()
    for c in char:
        fontdump(fb,x,y,mf.getFont(ord(c)),mf.getWidth(),color,expand)
        x+= mf.getWidth()*expand
    mf.end()

def fontdump(fb,x,y,font,w,color,expand):
    bn = (w+7)>>3
    for i in range(0,len(font),bn):
        for j in range(bn):
            for k in range(8 if (j+1)*8 <= w else w%8):
                if font[i+j] & 0x80>>k:
                    for ii in range(expand):
                        for jj in range(expand):
                            fb.pixel(x+(8*j+k)*expand+ii,y+(i//bn)*expand+jj,color)

24x24でも小さいので、さらに等倍できるようにした。各ピクセルが単純に拡大されるだけなので、ややギザギザが目立つ。（今後の課題）


calendar.py
import utime
import text

def show(epd,tz=0):
    epd.Clear()
    epd.image1Gray.fill(0xff)
    now = utime.localtime(utime.time()+tz*3600)
    padding = (now[6] - now[2] % 7 + 2)%7

    if now[1] == 2:
        dom = 29 if now[0]%4 == 0 and now[0]%100 != 0 or now[0]%400 == 0 else 28
    elif now[1] in (1,3,5,7,8,10,12):
        dom = 31
    else:
        dom = 30
    
    days = [0]*padding + [d for d in range(1,dom+1)]
    
    height = 75 if len(days)>35 else 90
    epd.image1Gray.rect(0,0,800,30,0x00,True)
        
    for i in range(1,7):
        epd.image1Gray.vline(i*114,0,640,0x00)
    mon = ('日','月','火','水','木','金','土')
    for i in range(7):
        text.put_text(epd.image1Gray,114*i+57-12,5,mon[i],color=0xff)
        
    for j in range(len(days)//7+1):
        epd.image1Gray.hline(0,30+height*j,800,0x00)
        for i in range(7):
            if j*7+i > len(days)-1: break
            if days[j*7+i] == 0:continue
            if days[j*7+i] == now[2]: epd.image1Gray.ellipse(114*i+57,j*height+52,18,18,0x00)
            offset = 6 if days[j*7+i] < 10 else 12
            text.put_text(epd.image1Gray,114*i+57-offset,j*height+40,f'{days[j*7+i]}')
        
    epd.display(epd.buffer_1Gray)
    epd.delay_ms(2000)

週の数に合わせて縦幅を調整している


clock.py
import math
import utime
import text
def show(epd,tz=0):
    epd.Clear()
    epd.image1Gray.fill(0x00)
    time = utime.localtime(utime.time()+tz*3600)

    date(epd.image1Gray,time)
    clock(epd.image1Gray,time)
    
    epd.display(epd.buffer_1Gray)
    epd.delay_ms(2000)

def date(fb,time):
    weekday = ['月','火','水','木','金','土','日']
    text.put_text(fb,50,50,f'{time[0]}/令和{time[0]-2019}年',color=0xff,expand=2)
    text.put_text(fb,50,100,f'{time[1]}月{time[2]}日（{weekday[time[6]]}）',color=0xff,expand=2)
    text.put_text(fb,50,150,f'{time[3]}時{time[4]}分',color=0xff,expand=3)

def clock(fb,time,center=(560,240),radius=200):
    fb.ellipse(center[0],center[1],radius,radius,0xff,True)
    
    #hour
    deg = 2*math.pi*(time[3]%12/12+time[4]/720)
    for i,j in ((-1,0),(0,-1),(0,1),(1,0)):
        fb.line(center[0]+i,center[1]+j,
                center[0]+int(radius*0.6*math.sin(deg)),
                center[1]-int(radius*0.6*math.cos(deg)),0x00)
    
    #minute
    deg = 2*math.pi*(time[4]/60)
    for i,j in ((0,0),(0,1)):
        fb.line(center[0]+i,center[1]+j,
                center[0]+int(radius*0.9*math.sin(deg)),
                center[1]-int(radius*0.9*math.cos(deg)),0x00)


main.py
from Pico_ePaper_7_5 import EPD_7in5
from machine import Timer
import ntptime
import utime
import usocket as socket

import wifi
import clock
import calendar

ROUTINE_INTERVAL = 30 #min
    
print(wifi.connect())
ntptime.settime()

epd = EPD_7in5()
calendar.show(epd,tz=9)
#clock.show(epd,tz=9)
epd.sleep()

def routine(time):
    utime.sleep((ROUTINE_INTERVAL-utime.localtime()[4]%ROUTINE_INTERVAL)*60)

    epd.init()
    clock.show(epd,tz=9)
    epd.sleep()
    
    utime.sleep(60)

    epd.init()    
    calendar.show(epd,tz=9)
    epd.sleep()

    utime.sleep(900)
    
    print(wifi.connect())
    try:
        epd.init()
        #ここに外部からデータを取得して描画する処理を追加する
        epd.display(epd.image1Gray)
        epd.delay_ms(2000)
        epd.sleep()
    except Exception as e:
        print(e)
    
#routine(0)
timer = Timer()
timer.init(mode=Timer.PERIODIC,period=(ROUTINE_INTERVAL-1)*60000,callback=routine)

実行頻度を設定している（30分ごとに、時計→カレンダー→その他）
waveshare提供のデモプログラム (https://github.com/waveshareteam/Pico_ePaper_Code/blob/main/python/Pico-ePaper-7.5.py) をPico_ePaper_7_5.pyとして同じディレクトリに配置